抽油机井油管柱螺纹连接强度与寿命可靠性分析

发布时间：2017-03-27 18:22

  本文关键词：抽油机井油管柱螺纹连接强度与寿命可靠性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相比其他采油方式，抽油机井中油管的失效率最高，而油管的失效是导致抽油机井检泵的重要原因之一。油管失效由多种因素造成，油管柱的使用寿命是多种因素综合作用的随机变量。据有关统计资料表明，螺纹连接部位是油管的薄弱环节，近80%的失效发生在此处。本文针对目前抽油机井油管破断日益增加的实际，重点开展油管柱螺纹连接强度和疲劳寿命可靠性预测研究，为油田根据生产实际合理选用油管及更新油管提高使用寿命提供理论支持。本文主要开展了以下几方面的工作： 结合抽油机井工作原理和油井作业参数对油管柱环境载荷进行了分析，建立了油管柱力学模型；基于多相流理论分析了油管内及油套环空内液体压力随深度的变化；根据油管柱轴向振动的波动方程，建立了油管柱轴向载荷分布规律的仿真模型，，对油管柱轴向载荷影响因素进行了仿真分析。结果表明：动液面、含水率和冲次对轴向载荷都有一定影响，其中动液面影响最为显著。 应用组合厚壁筒理论建立了油管锥螺纹连接在机紧圈数、内外压和轴向拉力作用下的连接应力应变的数学模型；分析了复合载荷作用下的加载顺序对油管螺纹接头应力应变的影响；以塑性变形区域随上卸扣次数增加而导致破坏为研究点，讨论了加载次数对油管损伤的影响。结果表明：比例加载条件下，加载顺序对塑性区域扩大没有影响，而对塑性区域应力应变有一定影响，21/2″J55油管接头上卸扣三次后已产生较大的塑性变形，应重新车螺纹。 以J55API非加厚圆螺纹油管接头为研究对象，采用非线性有限元软件ANSYS对油管圆螺纹连接进行了数值模拟；研究了其在机紧圈数、内外压、轴向拉伸载荷、循环载荷和复合载荷作用下的油管螺纹连接力学特性。得到了机紧扭矩随上扣圈数、危险点处应变随轴向载荷及危险点处的应变幅随循环载荷幅的变化关系。 运用局部应力应变法建立了螺纹接头危险截面疲劳寿命的计算模型；基于可靠性理论，建立了寿命的可靠性预测模型，利用VB6.0语言开发了《抽油机井油管柱疲劳寿命可靠性预测软件》，实现了对油管柱螺纹连接疲劳寿命的可靠性预测。
【关键词】：油管载荷 螺纹连接强度 厚壁筒理论 有限元法 疲劳寿命 可靠性 仿真模型
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE933.1;TH131.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-14
• 1.2.1 油管柱载荷方面的研究现状11-12
• 1.2.2 油管螺纹接头应力应变分析12-14
• 1.2.3 油管柱螺纹接头疲劳寿命方面的研究14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 油管柱环境载荷及计算方法16-33
• 2.1 油管柱环境载荷组成及其力学分析模型16-17
• 2.1.1 油管柱环境载荷的组成16-17
• 2.1.2 油管柱力学模型17
• 2.2 油管柱内外液体压强的计算17-23
• 2.2.1 油管内液体压强计算模型18-21
• 2.2.2 油套环空内压强计算模型21-23
• 2.3 油管柱轴向振动及载荷计算23-29
• 2.3.1 油管柱轴向振动的力学模型与数学模型23-27
• 2.3.2 油管柱轴向振动的数值仿真模型27-29
• 2.4 油管柱载荷计算实例与影响因素分析29-32
• 2.4.1 油管柱载荷计算实例29-31
• 2.4.2 油管柱载荷影响因素分析31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 基于厚壁筒理论的油管螺纹连接应力分析33-52
• 3.1 引言33
• 3.2 油管接头内外螺纹间接触压力分析33-43
• 3.2.1 上扣扭矩作用下各向应力分析34-39
• 3.2.2 机紧上扣与轴向载荷共同作用下的应力分析39-43
• 3.3 考虑加载顺序对接头应力应变的影响43-47
• 3.3.1 加载顺序对塑性屈服区域大小的影响44-45
• 3.3.2 加载顺序对塑性区域应力应变的影响45-47
• 3.4 油管多次机紧上扣的破坏问题47-49
• 3.4.1 卸扣时残余应力应变的计算47-49
• 3.4.2 再次上扣时应力应变的计算49
• 3.5 计算实例分析49-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第4章 基于 ANSYS 的油管螺纹连接应力计算方法52-76
• 4.1 引言52
• 4.2 API 圆螺纹数值模型的建立52-56
• 4.2.1 有限元模型的基本假设53
• 4.2.2 有限元模型的建立53-56
• 4.3 数值计算结果分析56-75
• 4.3.1 上扣扭矩与上扣圈数之间的对应关系56-61
• 4.3.2 轴向拉伸载荷对螺纹连接各向应力的影响61-70
• 4.3.3 复杂载荷情况分析70-71
• 4.3.4 考虑加载顺序时应力应变的计算71-74
• 4.3.5 考虑塑性强化时的应力应变分析74-75
• 4.4 本章小结75-76
• 第5章 油管螺纹连接疲劳寿命的可靠性预测76-86
• 5.1 油管柱螺纹疲劳寿命计算模型76-79
• 5.1.1 局部应力应变分析法76
• 5.1.2 循环应力应变的计算76-78
• 5.1.3 疲劳寿命的计算模型78-79
• 5.2 油管柱螺纹连接疲劳寿命的可靠性预测模型79-83
• 5.2.1 疲劳寿命的三参数威布尔分布及系数的拟合方法80-81
• 5.2.2 单个接头的疲劳寿命的可靠性预测模型81-82
• 5.2.3 整体管柱螺纹连接的寿命可靠性预测模型82-83
• 5.3 油管柱寿命可靠性仿真软件开发与软件运行示例83-85
• 5.3.1 计算机软件功能83
• 5.3.2 软件运行示例83-85
• 5.4 本章小结85-86
• 结论86-88
• 参考文献88-92
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果92-93
• 致谢93-94
• 作者简介94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王治国,刘甫清,唐豪清;关于圆螺纹油套管API最佳上扣扭矩合理性的探讨[J];宝钢技术;2001年02期

2 刘玉文,王治国,黄子阳;圆螺纹油管接头齿面接触应力与粘扣分析[J];宝钢技术;1999年02期

3 王t ,臧勇,邹家祥;8牙圆螺纹套管接头应力分析[J];北京科技大学学报;1997年S1期

4 周瑞芬,孟庆武,李淑华,王春华;大庆油田抽油机油管失效分析[J];大庆石油学院学报;2004年03期

5 何富君;刘永刚;张瑞杰;崔旭明;;抽油机井油管载荷的测试分析[J];大庆石油学院学报;2008年01期

6 郑广汉，金少先;油管螺纹联接的应力分析[J];大庆石油学院学报;1994年03期

7 王治国,张毅;API圆螺纹油管接头上扣与拉伸过程的有限元应力分析[J];钢管;2001年03期

8 张居勤,高连新,李飞键,张亚勤;油井管螺纹粘扣类型及其原因分析[J];钢管;2004年04期

9 杜秀华,毕凤琴,李振钢,黄正鹏;抽油机井油管的疲劳断裂寿命分析[J];国外油田工程;2001年05期

10 徐自力,姜兴渭;威布尔分布三参数置信限估计及分布类型检验[J];航空学报;1996年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李其;抽油杆表面裂纹及剩余寿命的可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 仇杰;抽油杆疲劳损伤界限的研究[D];燕山大学;2007年

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本文编号：270865